비전 센서: 기술 분석 및 응용

비전 센서는 다음을 포함하여 다양한 산업에서 사용됩니다. 로봇 공학, 자동차 제조 및 비디오 게임. 비전 센서는 수십 년 동안 발전해 왔으며 기술이 크게 향상되었습니다. 이 문서에서는 비전 센서의 기본 사항을 검토하고 작동 방식에 대한 개요를 제공합니다. 또한 비전 센서로 작업할 때 알아야 할 몇 가지 중요한 기술 용어도 살펴보겠습니다. 마지막으로 비전 센서의 일부 응용 분야에 대해 논의하여 오늘날 실제 응용 분야에 어떻게 적용되고 있는지 확인할 수 있습니다!

비전 센서 작동 원리

비전 센서는 일반적으로 카메라, 디스플레이, 인터페이스 및 컴퓨터 프로세서로 조립됩니다. 주로 이러한 구성 요소를 사용하여 산업 프로세스 및 의사 결정을 자동화합니다. 물체의 측정값을 기록하고 합격/불합격 결정을 내립니다. 또한 분석 가능한 제품 품질 검사를 지원합니다. 프로세서가 통합된 비전 센서는 스마트 카메라. 스마트 카메라는 이미지 획득뿐만 아니라 이미지 처리도 가능합니다. 이 카메라는 다양한 수준의 임베디드 비전을 허용하며 아마추어 사진가들이 선호하는 비전 센서의 예입니다.

비전 센서는 이미지를 사용하여 특정 물체의 존재, 방향 및 정확도를 결정합니다. 이미지 획득 및 이미지 처리를 지원합니다. 또한 단일 센서 다지점 감지용. 비전 센서는 카메라와 컴퓨터 처리 장치 간의 데이터 교환을 위한 것입니다. 캡처된 이미지를 메모리에 저장된 참조 이미지와 비교 분석합니다. 본체에 볼트 8개를 삽입한 상태로 비전센서를 설정했다고 가정하자. 그런 다음 검사 과정에서 부적합 부품을 신속하게 식별할 수 있습니다. 이러한 부적합 구성 요소는 기계에 7개의 볼트만 있거나 잘못 정렬된 볼트가 있는 구성 요소일 수 있습니다. 또한 기계 부품의 위치와 회전 각도를 정확하게 판단할 수 있습니다.

이러한 센서와 이미지 감지 시스템 간에는 분명한 차이가 있습니다. 그들은 장치의 설치 및 작동을 매우 쉽게 만듭니다. 또한 다른 범용 센서와도 다릅니다. 일반적인 예는 여러 지점을 감지할 수 있는 단일 비전 센서입니다. 또한 대상 위치가 일치하지 않는 물체를 감지할 수 있습니다.

비전 센서는 흑백 및 컬러 모델로 제공됩니다. 단색 모델은 주로 흰색과 검은색 영역 사이의 강도 범위를 식별합니다. 카메라가 모델 이미지를 캡처합니다. 광학 수신기(CMOS 호환)는 캡처된 이미지를 카메라를 통해 전달합니다. 그런 다음 전기 신호로 변환합니다. 물체의 모양, 방향 및 밝기 인식을 지원합니다. 컬러 모델이 받은 빛은 빨강, 초록, 파랑으로 나뉩니다. 이를 통해 사람들은 강도 차이로 물체의 색상을 식별할 수 있습니다.

비전 센서의 기술 용어 분석

• 픽셀: 감광 장치의 기본 감광 장치입니다. 카메라가 인식할 수 있는 이미지의 작은 단위입니다. 간단히 말해서 이미지와 요소의 조합입니다.
• 회색조: 물체가 노출되는 빛의 강도. 물체가 노출되는 빛의 강도를 검은색에서 흰색으로 분류합니다. 총 256개의 그레이 레벨이 있습니다.
• 작동 거리: 렌즈 경통에서 물체까지의 거리
• 시야 (FOV): 카메라를 사용하여 볼 수 있는 물리적 영역입니다. 시야각은 광원과 활성 영역의 일반 값에서 계산됩니다.
  카메라 유효 영역의 세로 길이(V)/광배수(M)= 시야각(V)
  카메라 유효 영역의 가로 길이(H) / 광학 배수(M)= 시야(H)
  카메라 유효 영역의 세로 길이(V) 또는 가로 길이(M) = 카메라의 한 픽셀 크기 × 유효 픽셀 수(V) 또는 (H)
• 피사계 심도: 초점이 맞는 물체의 선명한 이미지의 앞면과 뒷면 사이의 거리입니다.
• 초점 거리(f): 렌즈 중심에서 초점까지의 거리
• 고정 초점 렌즈: 렌즈의 초점 거리입니다. 고정 초점 렌즈는 조정할 수 없습니다. 사람들은 그것을 조절할 수 없습니다.
• 줌렌즈: 조정 가능한 렌즈 초점 거리.
• 가장자리 휘도: 중앙 및 주변 조명의 비율
• 변조 전달 함수(MTF): 물체 표면의 강도 변화. 이 기능은 렌즈의 이미징 성능과 이미징된 물체의 콘트라스트를 나타냅니다.
• 이진화: 256차 농도의 색상을 흑백으로 변환합니다. 일반적으로 이진화 프로세스 다음에는 흰색 픽셀을 측정합니다.
• 셔터: 사진 요소에 빛이 노출되는 타이밍을 제어하는 데 사용되는 장치입니다.
• 구멍: 렌즈를 통해 몸에 들어오는 빛의 양을 조절하는 장치. 일반적으로 렌즈 내부에 있습니다. f-숫자는 종종 조리개 크기를 나타내는 데 사용됩니다.
• 이미지 입력 주기: 이미지를 획득할 시간입니다.
• 정도: 측정값과 참값의 차이
• 복제 값: 여러 테스트의 값 차이
• 해결: 1mm 중간에 보이는 흑백 선의 수입니다. 단위는 (lp)/mm입니다.
• 노출 시간: 빛이 감광 장치의 표면에서 감지되는 과정
• 산업용 카메라-렌즈 인터페이스

비전 센서 유형

비전센서와 이미지센서는 구조와 구성요소에 따라 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 이 두 가지 범주는 전하 결합 장치와 상보성 금속 산화물 반도체 CMOS입니다. 전하 결합 장치는 빛에 매우 민감한 반도체 재료를 사용합니다. 빛을 전하로 변환하고 아날로그-디지털 변환기 칩을 통해 디지털 신호로 변환합니다.

CMOS는 실리콘과 게르마늄이라는 두 가지 원소로 구성된 반도체를 사용합니다. 이 재료는 N 및 P 레벨 반도체와 함께 CMOS에 공존할 수 있게 합니다. 둘 다에 의해 생성된 전류는 처리 칩에 의해 기록되고 이미지로 해석될 수 있습니다. CCD형 이미지 센서는 매우 낮은 노이즈로 작동합니다. 센서는 어두운 환경 조건에서도 양호한 상태를 유지할 수 있습니다. CMOS형 이미지 센서는 일반 센서보다 화질이 좋습니다. 저전압 전원 구동에 대응할 수 있습니다.

비전 시스템 대 비전 센서

비전 시스템과 비전 센서라는 용어는 종종 같은 의미로 사용되지만 몇 가지 미묘한 차이가 있습니다.

• 비전 센서는 시각 정보를 캡처하는 단일 카메라 또는 이미지 센서입니다. 광학 정보를 처리 가능한 디지털 이미지로 변환합니다. 예를 들어 CMOS 카메라, CCD 카메라 등이 있습니다.
• 비전 시스템은 여러 비전 센서와 추가 구성 요소를 통합하여 시각적 정보를 보다 발전된 방식으로 인식, 분석 및 해석합니다. 비전 시스템에는 일반적으로 다음이 포함됩니다.
  • 스테레오 비전, 파노라마 보기 등을 위해 서로 다른 렌즈, 관점, 시야 등을 가진 여러 대의 카메라
  • 이미지 향상, 분할, 개체 인식, 3D 재구성, 추적 등과 같은 작업을 위한 이미지 처리 하드웨어/소프트웨어
  • 장면을 적절하게 비추는 조명 장비.
  • 카메라 위치 및 초점을 제어하는 기계 부품.
  • 시각 데이터를 실시간으로 처리하는 컴퓨팅 파워.

따라서 비전 시스템은 카메라 및 관련 하드웨어/소프트웨어를 사용하여 기계 인식을 위한 보다 전체적인 솔루션을 제공합니다. 비전 센서는 비전 시스템의 핵심 구성 요소이지만 시스템에는 추가 요소도 포함됩니다.

비전 시스템은 자율 주행 차량, 로봇 비전, 육안 검사, 감시, 안면 인식, 제스처 인식, 추적 등과 같은 응용 분야에 유용합니다. 단일 비전 센서는 복잡한 기계 인식 작업에 대해 더 제한된 기능을 가지고 있습니다.

요컨대, 비전 시스템은 기계에 시각적인 "시력"을 부여하는 것을 목표로 하고, 비전 센서는 시각적 정보를 디지털 이미지 형태로 캡처하는 것을 목표로 합니다. 우수한 비전 시스템은 고품질 비전 센서에 의존하지만 훨씬 더 정교한 시각적 기능을 제공합니다.

비전 센서 기능

설치

사람들은 비전 센서에 카메라를 사용할 때 손상과 손실을 입기 쉽습니다. 카메라 가방과 렌즈를 경화하면 카메라 손상을 방지할 수 있습니다. 이러한 비전 센서의 카메라는 제조 공정 중에 영구적으로 설치됩니다. 영구 설치는 카메라가 사용 중에 올바른 시야를 기록할 수 있도록 합니다. 또한 대부분의 사람들은 카메라를 배치하고 보호하기 위해 스탠드, 팔걸이 및 쇼크마운트를 사용합니다.

점검

다양한 기능을 감지하도록 비전 센서를 프로그래밍할 수 있습니다. 예를 들어:

• 영역 센서는 가공 중인 부품에서 구멍과 같은 일부 누락된 기능을 감지할 수 있습니다. 블리스터 팩을 검사하여 각 블리스터 팩이 채워졌는지 확인합니다.
• 결함 센서는 품목 결함을 확인합니다. 표면의 흠집, 포장재의 이물질 등.
• 라벨 위치를 확인하기 위해 센서를 맞추십시오. 생성된 패턴과 참조 패턴을 비교합니다. 패키지의 라벨 위치를 비교하여 확인합니다.
• 분류 센서 검사 부품. 여러 모드를 사용하여 부품을 검사하고 방향을 지정합니다. 수술실에서 사용하여 수술 키트의 모든 구성 요소가 제자리에 있는지 확인할 수 있습니다.

비전 센서 애플리케이션

픽셀 카운터 센서

픽셀 카운터 센서는 계산된 이미지에서 동일한 그레이 값을 갖는 개별 픽셀을 사용하여 물체를 측정하기 위한 것입니다. 센서는 개별 물체의 모양, 크기 및 음영을 결정하는 고유한 접근 방식을 가지고 있습니다. 센서는 개체를 그룹화하여 개체의 그레이스케일 값을 결정합니다. 픽셀 카운팅 센서는 일반적으로 다음과 같은 방식으로 사용됩니다.

• 용접점 분석
• 금속 부품의 누락된 나사산 확인
• 레지스터 마크 감지
• 접합 접착제 수량 분석
• 조립 중 콘트라스트 감지
• 사출 성형품의 정확한 형상 검증
• 로터의 구멍 수 계산

코드 리더

코드 리더는 가장 널리 사용되는 비전 센서 애플리케이션 중 하나입니다. 센서는 바코드 및 특정 2차원 코드를 판독할 수 있습니다. 이러한 특정 2차원 코드는 판독기가 왼쪽에서 오른쪽으로 읽을 수 있는 2차원 코드입니다. 코드 리더기는 바코드를 인식하고 해독할 수 있습니다. 독자는 또한 도미노, 스도쿠 퍼즐 및 다양한 글꼴 스타일 읽기를 지원합니다. 이 유형의 비전 센서를 다음과 같은 방법으로 사용할 수 있습니다.

• 제품 포장 라벨 읽기
• 제품구분
• 컬러 마크 감지
• 결함 마크 감지

관련 자료:

• 근접식 카드 판독기: 장단점
• RFID 카드 리더기 및 사용법에 대한 초보자 가이드

프로필 센서

윤곽 센서는 주로 이전에 정의된 객체를 인식하고 지정하는 데 사용됩니다. 센서는 처리 파이프라인에서 특정 개체 및 개체의 모양과 윤곽을 분석합니다. 또한 통과하는 물체의 2차 식별을 수행합니다. 프로필 센서는 종종 개체의 구조, 방향, 위치 및 무결성을 확인합니다. 프로파일 센서의 애플리케이션은 다음과 같습니다.

• 품질 관리
• 철근의 펀치 구멍 확인
• 자동차 휠 너트 검증
• 포장에서 숟가락 위치 결정
• 다른 센서 위치 결정
• 자동차 부품의 적절한 정렬 검증

3D 센서

3D 센서 물체의 표면과 깊이를 스캔합니다. 일반적으로 패키지에 있는 개체의 존재를 분석하는 데 사용됩니다. 또한 크기에 따라 개체를 결정하는 것도 지원합니다. 이러한 센서의 일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 탱크 또는 사일로의 불투명한 고체 및 벌크 물질 측정
• 상자에 병의 전체 할당량이 있는지 확인하십시오.
• 창고 및 유통 센터의 패키지 크기 및 부피 계산

올바른 비전 센서를 어떻게 선택합니까?

비전 센서가 더 널리 사용됨에 따라 선택의 폭이 넓어지기 시작했습니다. 머신 비전 시스템의 눈은 카메라입니다. 카메라의 심장은 이미지 센서입니다. 센서 옵션 측면에서 상대적으로 더 많은 것을 고려해야 합니다. 여기에는 정확성, 시스템 비용 및 애플리케이션 요구 사항에 대한 이해가 포함됩니다. 종종 센서의 주요 기능에 대한 일반적인 이해를 통해 검색 범위를 좁힐 수 있습니다. 올바른 센서를 찾는 시간을 단축할 수 있습니다.

주어진 애플리케이션에서 세 가지 다른 요소로 센서 선택을 결정할 수 있습니다. 동적 범위, 속도 및 응답성입니다. 어떤 사람들은 다이내믹 레인지가 디테일을 표현하는 능력이라고 말합니다. 이 범위는 시스템이 캡처할 수 있는 이미지의 품질을 결정합니다. 센서의 속도는 센서가 초당 생성할 수 있는 이미지의 수입니다. 시스템이 수신할 수 있는 이미지 출력도 있습니다. 응답성은 센서가 광자를 전자로 변환하는 효율성입니다. 반응성은 시스템이 유용한 이미지를 캡처하는 데 필요한 밝기 수준을 결정합니다. 시스템 개발자는 벤치마크에서 이러한 특성을 연구할 수 있습니다. 이러한 특성은 올바른 판단을 내리는 데 도움이 됩니다.

대부분의 사람들은 비전 센서를 사용합니다. 자동화 공정 라인. 회사가 주어진 배치 내에서 제품의 품질을 결정하는 데 도움이 됩니다. 또한 제품의 균일성을 보장하는 데 도움이 됩니다. 비전 센서는 다양한 산업 분야에서도 사용할 수 있습니다. 이러한 산업에는 식품, 음료, 사출 성형 조립 라인, 로봇 공학 및 일반 제조가 포함됩니다.

비전 센서 FAQ 정보

1. 비전 센서는 무엇이며 어떻게 작동합니까?

   비전 센서는 카메라와 이미지 처리 알고리즘을 사용하여 시각적 데이터를 캡처, 분석 및 해석합니다. 물리적 물체의 이미지를 캡처하고 알고리즘을 사용하여 유용한 정보를 추출합니다.

2. 사용 가능한 다양한 유형의 비전 센서는 무엇입니까?

   사용 가능한 다양한 유형의 비전 센서에는 2D 및 3D, 컬러, 열 및 적외선 센서가 포함됩니다.

3. 비전 센서는 이미지 캡처 및 처리를 어떻게 처리합니까?

   AVision 센서는 캡처된 이미지에서 유용한 정보를 추출하는 카메라, 렌즈 및 이미지 처리 알고리즘을 사용하여 이미지 캡처 및 처리를 처리합니다.

4. Vision Sensor 시스템에서 사용되는 다양한 통신 프로토콜은 무엇입니까?

   Vision Sensor 시스템에서 사용되는 다양한 통신 프로토콜에는 이더넷, RS-232, USB 및 무선 프로토콜이 포함됩니다.

5. 비전 센서는 장기 작동을 위한 전원 관리를 어떻게 처리합니까?

   비전 센서는 저전력 구성 요소, 에너지 효율적인 설계 및 절전 모드를 사용하여 장기 작동을 위한 전력 관리를 처리합니다.

6. 2D 비전 센서와 3D 비전 센서의 차이점은 무엇입니까?

   2D 비전 센서는 2차원 이미지를 캡처하고 3D 비전 센서는 3차원 이미지를 캡처하여 보다 정확한 깊이 인식이 가능합니다.

7. 비전 센서는 조명 및 환경 조건의 변화를 어떻게 처리합니까?

   비전 센서는 적응형 알고리즘과 조명 보정 기술을 통해 조명 및 환경 조건의 변화를 처리합니다.

8. 효율성을 극대화하기 위해 비전 센서를 다른 자동화 시스템과 어떻게 통합할 수 있습니까?

   비전 센서는 API 및 프로토콜을 사용하여 다른 자동화 시스템과 통합할 수 있으므로 데이터 교환 및 상호 운용이 가능합니다.